Теория отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR) является молекулярной моделью для прогнозирования геометрия атомов, составляющих молекула где электростатические силы между молекулой валентные электроны минимизированы вокруг центрального атом.
Теория также известна как теория Гиллеспи – Найхольма, после двух ученых, которые разработали ее). По словам Гиллеспи, принцип исключения Паули является более важным в определении молекулярной геометрии, чем эффект электростатического отталкивания.
Согласно теории ВСЭПР, метан (СН4) молекула представляет собой тетраэдр, потому что водородные связи отталкивают друг друга и равномерно распределяются вокруг центрального атома углерода.
Использование ВСЭПР для прогнозирования геометрии молекул
Вы не можете использовать молекулярную структуру, чтобы предсказать геометрию молекулы, хотя вы можете использовать структура Льюиса. Это основа теории ВСЭПР. Валентные электронные пары естественным образом располагаются так, чтобы они были как можно дальше друг от друга. Это сводит к минимуму их электростатическое отталкивание.
Взять, к примеру, BeF2. Если вы посмотрите на структуру Льюиса для этой молекулы, вы увидите, что каждый атом фтора окружен валентностью электронные пары, за исключением одного электрона, который имеет каждый атом фтора, связанный с центральным бериллием атом. Валентные электроны фтора тянутся как можно дальше друг от друга или на 180 °, придавая этому соединению линейную форму.
Если вы добавите еще один атом фтора, чтобы сделать BeF3наиболее удаленные друг от друга валентные электронные пары составляют 120 °, что образует треугольную плоскую форму.
Двойные и тройные связи в теории ВСЭПР
Молекулярная геометрия определяется возможными положениями электрона в валентной оболочке, а не тем, сколько пар валентных электронов присутствует. Чтобы увидеть, как работает модель для молекулы с двойными связями, рассмотрим углекислый газ, CO2. В то время как углерод содержит четыре пары электронов, в этой молекуле можно найти только два электрона (в каждой из двойных связей с кислородом). Отталкивание между электронами является наименьшим, когда двойные связи находятся на противоположных сторонах атома углерода. Это формирует линейную молекулу, которая имеет угол связи 180 °.
В качестве другого примера рассмотрим карбонат-ион СО32-. Как и в случае с диоксидом углерода, вокруг центрального атома углерода есть четыре пары валентных электронов. Две пары находятся в одинарных связях с атомами кислорода, в то время как две пары являются частью двойной связи с атомом кислорода. Это означает, что есть три места для электронов. Отталкивание между электронами сводится к минимуму, когда атомы кислорода образуют равносторонний треугольник вокруг атома углерода. Следовательно, Теория ВСЭПР предсказывает, что карбонатный ион примет треугольную плоскую форму с углом связи 120 °.
Исключения из теории ВСЭПР
Теория отталкивания электронных пар валентной оболочки не всегда предсказывает правильную геометрию молекул. Примеры исключений включают в себя:
- молекулы переходного металла (например, CrO3 является тригональным бипирамидальным, TiCl4 является четырехгранным)
- нечетные молекулы (СН3 скорее плоская, чем треугольная пирамидальная)
- немного AX2Е0 молекулы (например, CaF2 имеет угол соединения 145 °)
- немного AX2Е2 молекулы (например, Li2O является линейным, а не изогнутым)
- немного AX6Е1 молекулы (например, XeF6 является восьмигранным, а не пятиугольным пирамидальным)
- немного AX8Е1 молекулы
Источник
R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, с. 1315-1327, «Пятьдесят лет модели ВСЭПР»